基于流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種藻類培養(yǎng)系統(tǒng)，尤其涉及一種在透明管內(nèi)安裝流體驅(qū)動轉(zhuǎn)子組，內(nèi)部添加光照裝置，實現(xiàn)360°光照無陰影區(qū)，并能夠加劇藻液混流，防止藻附著管壁，促進藻均勻接觸光照、二氧化碳及營養(yǎng)成分的基于流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來對藻類的研宄發(fā)現(xiàn)，藻類生長效率高，CO2固定能力高，并且能夠制備生物能源、營養(yǎng)品和藥物等產(chǎn)品。因此，亟需開發(fā)新型高密度、高產(chǎn)量適合大規(guī)模生產(chǎn)的藻類培養(yǎng)系統(tǒng)?，F(xiàn)有的規(guī)模化培養(yǎng)藻類系統(tǒng)有敞開式和封閉式。封閉式藻類培養(yǎng)系統(tǒng)易于控制工藝條件，受環(huán)境變化影響小，并且容易高密度培養(yǎng)，應(yīng)用最為廣泛。封閉式光生物反應(yīng)器主要有平板式、柱式、跑道式和管式等類型。
[0003]管式光生物反應(yīng)器接受光照面積大，水力循環(huán)系統(tǒng)簡單完善，密集度高，是適合培養(yǎng)藻類的優(yōu)良培養(yǎng)設(shè)備。中國專利公開號CN103255051 A公布了一種管式光生物反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡單，方便組裝，可以隨時根據(jù)藻產(chǎn)量的要求對反應(yīng)器的容積大小進行變更。但是藻種長時間培養(yǎng)時會粘附在管壁上生長，阻礙管子中心部位的藻細胞接受光照，從而抑制藻細胞的生長，對培養(yǎng)藻的產(chǎn)量造成不良影響；并且，當(dāng)反應(yīng)管線太長時，在培養(yǎng)過程中藻細胞產(chǎn)生的O2不能及時排出，溶解氧會進一步抑制藻的光合作用，阻礙藻的生長。中國專利公開號CN102660448 A的專利公布了一種利用廢氣廢熱規(guī)模化培養(yǎng)微藻的套管式光生物反應(yīng)系統(tǒng)，該反應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)管采用套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)管表面開小孔，外管和內(nèi)管之間的區(qū)域作為培養(yǎng)藻的空間，當(dāng)氣體從內(nèi)管通過時，可以被小孔分割成小氣泡進入藻液，及時供給藻細胞CO2，并能夠?qū)崟r帶走光合作用產(chǎn)生的O2，消除溶解氧光抑制作用。但該發(fā)明仍然存在藻附著管壁生長，阻擋管內(nèi)藻細胞均勻接受光照，減小了光照有效區(qū)域，使單根管子管徑不能太大，管子長度也受到了限制；同時，由于反應(yīng)管放置在控溫水池中，管子橫截面上存在著光照陰影區(qū)，從而對日光或燈光的利用率不足。此外，培養(yǎng)液在管內(nèi)的流動主要是沿中心軸方向的橫向流動，不利于培養(yǎng)液的實時混合和營養(yǎng)均布，造成藻類營養(yǎng)接觸不均，生長速率受到抑制。以上所體現(xiàn)的問題均制約著管式光生物反應(yīng)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率和擴大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對以上所述的藻類規(guī)?；囵B(yǎng)的現(xiàn)有問題，本發(fā)明提供了一種在透明管內(nèi)安裝流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子組，并使用發(fā)光中心軸的管式光生物反應(yīng)系統(tǒng)。本發(fā)明主要包括內(nèi)置流體驅(qū)動轉(zhuǎn)子的透明光生物反應(yīng)器，由發(fā)光中心軸、光導(dǎo)體和光源發(fā)射器組成的管內(nèi)光照裝置，由供氣管線、供氣閥門和多孔曝氣裝置組成的供氣裝置，以及儲液緩沖裝置、管外光照裝置、保溫裝置和檢測裝置。本發(fā)明所述的曝氣裝置是由微孔透氣材料(陶土、氧化鋁、氧化硅或尼龍等)制成的擴散板、擴散盤和擴散管等；可將氣泡直徑破碎成2_以下(氣泡在200nm以下者，為微孔)。本發(fā)明能夠解決藻粘附管壁生長、遮蔽光照、降低生產(chǎn)率和制約管徑擴大的難題；能夠充分促進液體混合、實現(xiàn)營養(yǎng)均布，使藻細胞最大化地接觸吸收0)2氣體和營養(yǎng)鹽；能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備360°光照無陰影區(qū)域，增大藻細胞對光的利用率，提高藻培養(yǎng)的生產(chǎn)速率；本發(fā)明通過供氣系統(tǒng)可以對整個反應(yīng)管路分段按需補充CO2，并能夠及時將O2排出反應(yīng)器，消除光抑制作用。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，提出的技術(shù)方案是:基于流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器，主要包括儲液緩沖裝置、內(nèi)置流體驅(qū)動轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器、管內(nèi)光照裝置、供氣裝置、管外光照裝置、保溫裝置和檢測裝置。
[0006]本發(fā)明基于流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器，所述儲液緩沖裝置為透明罐體，儲液緩沖裝置的下端為橢圓結(jié)構(gòu)封底，橢圓結(jié)構(gòu)內(nèi)安裝曝氣裝置，儲液緩沖裝置的上端連接培養(yǎng)液輸送管線及藻種輸送管線，儲液緩沖裝置的下端由藻液輸送閥門、液體輸送管線、蠕動泵與管式光生物反應(yīng)器相連。儲液緩沖裝置內(nèi)的曝氣裝置與供氣管線連接。培養(yǎng)液與藻種按照工藝要求的比例在儲液緩沖罐內(nèi)混合，再通過蠕動泵的作用經(jīng)由輸送管線輸送入管式光生物反應(yīng)器，0)2與空氣的混合氣通過曝氣裝置進入儲液緩沖裝置，以微小氣泡的形式與藻液混合，為藻初始階段的培養(yǎng)提供必要的養(yǎng)分。
[0007]本發(fā)明基于流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器，所述管式光生物反應(yīng)器是由透明的內(nèi)置流體驅(qū)動轉(zhuǎn)子的光生物反應(yīng)管組裝而成并固定在管子支架上，組裝時每列(或每層)繞支架排列多根透明管子，列與列(或?qū)优c層)采用一定間距的左右(或上下)結(jié)構(gòu)排布，可以有兩列(或兩層)、三列(或三層)或以上。所述光生物反應(yīng)管可以使用抽真空夾層管子，以利用其保溫作用，也可以使用單壁管，方便制造。所述光生物反應(yīng)管端部使用法蘭連接帶有接頭的接管，方便管路組裝，以利于根據(jù)工藝要求對反應(yīng)器管線的長度和液體流向做出相應(yīng)調(diào)整。所述光生物反應(yīng)管組裝時一側(cè)由三通接頭和90°彎頭連接，另一側(cè)由U型彎管連接。所述三通接頭一端連接光生物反應(yīng)管，一端連接90°彎頭，一端的橫截面上放置由防水透氣材料制成的防水透氣膜，再連接安裝了排氣閥門的管線，當(dāng)藻液流經(jīng)三通接頭時，藻液內(nèi)存留的較大體積的空氣氣泡和光合作用產(chǎn)生的O2可以通過防水透氣膜從反應(yīng)管內(nèi)排出，避免02過多地溶于藻液，造成光抑制作用。所述管線的密封端留有小的開口以通過光導(dǎo)體。所述U型彎管內(nèi)部安裝由多孔材料制成的曝氣裝置，混合氣通過多孔曝氣裝置可以形成微米氣泡，利于藻細胞對CO2的吸收利用，同時，密集的混合氣氣泡通過藻液時還可以帶走藻光合作用產(chǎn)生的02。所述曝氣裝置通過供氣閥門與供氣管線相連。曝氣裝置、供氣閥門與供氣管線組成供氣裝置。供氣閥門可以控制供氣速率和流量，根據(jù)監(jiān)測的相關(guān)數(shù)據(jù)反映出的每個培養(yǎng)段內(nèi)藻細胞對CO2的需求控制閥門開關(guān)，為光生物反應(yīng)器分段按需提供培養(yǎng)藻必需的C02。所述管式光生物反應(yīng)器末端出口通過法蘭與藻液提取管線相連，提取管線上設(shè)有藻液出口閥門。藻液提取管線與后續(xù)生產(chǎn)工藝設(shè)施相連。
[0008]本發(fā)明基于流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器，所述流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的中心開孔，流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子穿過中心軸安裝在透明的光生物反應(yīng)管內(nèi)，并使用特制的限位元件將流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子分組固定在中心軸上；所述流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子由透明材料制造，其外徑尺寸根據(jù)管徑設(shè)計，比透明管內(nèi)徑略小，能夠在透明管內(nèi)自由旋轉(zhuǎn)；所述流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的個數(shù)與組數(shù)可以根據(jù)透明管的長度配置。當(dāng)藻液以一定的速率從反應(yīng)管內(nèi)流過時，可以為流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子提供動力，使轉(zhuǎn)子繞中心軸轉(zhuǎn)動，進而促進藻液的周向和徑向流動，對反應(yīng)管管壁形成水流沖擊，并且流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子邊棱對管壁具有一定的刮擦作用，防止培養(yǎng)的藻類附著管壁生長，使管子中心部位的藻細胞也能接受管外光照，同時避免了培養(yǎng)藻類因附著管壁生長造成的產(chǎn)品損失，并能附帶解決管式光生物反應(yīng)器的清洗難題；轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動促進了養(yǎng)分均勻分布，消除了藻液的熱分層現(xiàn)象，使培養(yǎng)的藻細胞保持運動狀態(tài)，充分接觸吸收培養(yǎng)液中的各類養(yǎng)分，提高了藻細胞對CO2、光照及營養(yǎng)鹽的吸收利用率；并加快了 CO2的交換效率。
[0009]本發(fā)明基于流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子的管式光生物反應(yīng)器，所述中心軸采用發(fā)光中心軸，發(fā)光中心軸兩端連接掛件，掛件固定在透明管兩端，將發(fā)光中心軸在管內(nèi)懸置固定，從而對流體驅(qū)動內(nèi)置轉(zhuǎn)子起到串聯(lián)支撐的作用。所述發(fā)光中心軸為一透明的中空細長軸，中空的發(fā)光中心軸內(nèi)壁上附著一層體發(fā)光的柔性光纖網(wǎng)，在發(fā)光中心軸的起始端柔性光纖網(wǎng)通過光導(dǎo)體與光源發(fā)射器相連接。所述附著柔性光纖網(wǎng)的發(fā)光中心軸、光導(dǎo)體、光源發(fā)射器組成管內(nèi)光照裝置。光源發(fā)射器發(fā)出的光經(jīng)過光導(dǎo)體的低損耗傳輸?shù)竭_附著中心軸內(nèi)壁的柔性光纖網(wǎng)，柔性光纖網(wǎng)一方面沿軸向向前傳播光，一方面散射發(fā)出光，光穿透透明轉(zhuǎn)子，為管式光生物反應(yīng)器提供內(nèi)部光源，從而實現(xiàn)藻類培養(yǎng)光照360°無陰影區(qū)；發(fā)光中心軸也即柔性光纖網(wǎng)發(fā)出的光顏色可以根據(jù)藻細胞培養(yǎng)